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低速二冲程船用柴油机高效清洁燃烧技术数值模拟研究
| 论文题名： | 低速二冲程船用柴油机高效清洁燃烧技术数值模拟研究 |
| 关键词： | 二冲程船用柴油机;数值模拟;废气再循环;喷射废气再循环;涡流比;喷油角度 |
| 摘要： | 低速二冲程船用柴油机以其热效率高、运行可靠、耐久性好等特点，在船用动力来源领域占据了主要的地位。为缓解其所带来的环境污染，国际海事组织颁发了严格的TierIII排放法规，使得船用柴油机的经济性和排放性能迎来了巨大挑战。 本文针对某大缸径低速二冲程船用柴油机，在CONVERGE软件上建立了三维数值仿真模型并进行了实验验证。在此基础上首先探究了扫气口水平倾角的影响，并解耦出涡流比，探究此单一参数对柴油机性能的影响。然后以废气再循环策略(EGR)为降低NOx排放的措施，配合喷油角度的优化，研究其对发动机油耗和排放的影响。最后为了满足低速船用柴油机严格的排放法规和更高的燃油经济性要求，本文提出了一种被称为喷射废气再循环(IEGR)策略的新方法，并通过数值模拟研究了IEGR策略对油气混合质量、燃烧性能和排放性能的影响。 研究发现随着扫气口水平倾角θ的增加，涡流比小幅度升高，给气效率和扫气效率先升高后降低，当θ=10°时，留存在缸内的新鲜空气量最多，给气效率和扫气效率最高。研究发现适当提高缸内涡流比对柴油机的燃油经济性优化潜力很大，涡流比为20.5时油耗最大可降低5.09%，但过大的涡流比反而会导致油耗的上升，适合于大缸径船机的涡流比应控制在20.5以下。单独使用25%的传统EGR率即可满足TierIII排放法规要求，但有效燃油消耗率(BSFC)较原机增加了2.72%，传统EGR氛围下通过喷油角度的优化，可改善燃油分布和油气混合质量，使油耗降低0.63%。研究发现IEGR策略不仅可以提高缸内涡流比，而且还可以实现EGR分层分布。与原机相比，IEGR策略可以同时降低有效燃油消耗率(BSFC)和NOx排放。此外，基于分层EGR氛围，可通过调整喷油角度来将主燃烧区域限制在高EGR率区域，从而进一步减少NOx排放物的生成。最后，在满足TierIII排放标准的前提下，本机型采用IEGR策略和喷油角度为13°时，相比原机BSFC降低了2.73%。本研究为低速二冲程船用柴油机满足TierIII排放法规和更好的燃油经济性提供了一个新的、合理的解决方案。 |
| 作者： | 刘梦雨 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 鲁祯;白洪林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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